Таинственный геном человека - Страница 70

Первый шаг очевиден. Необходимо секвенировать каждый фрагмент и ввести информацию в компьютер с очень большой памятью. На втором этапе мы займемся поиском совпадающих участков во введенных последовательностях и выявим области пересечения. После этого можно начать соединять фрагменты, используя пересекающиеся области для выявления точек соединения. По сути, мы воспроизводим метод, с помощью которого впервые был секвенирован человеческий геном, но используем меньшие по размеру последовательности, которые необходимо соединить друг с другом.

Создание метода Паабо стало возможным благодаря работам его коллег. Открытие нобелевским лауреатом Кэри Муллисом полимеразной цепной реакции помогло понять, что даже если отдельные фрагменты были представлены в очень небольшом количестве копий, слишком крошечных для того, чтобы быть обнаруженными автоматическим оборудованием для секвенирования, они будут многократно дублироваться и в конечном итоге станут заметными. Сотрудничество с инновационной американской биотехнологической компанией 454 Life Sciences, основанной Джонатаном Ротбергом, дало Паабо доступ к оборудованию для автоматического секвенирования ДНК с высокой пропускной способностью. В 1997 году компанию купила фармацевтическая корпорация Roche. Теперь весь процесс можно было полностью автоматизировать. Машины извлекали древнюю ДНК, увеличивали ее при помощи ПЦР-амплификации и создавали своего рода суп из мелких элементов и кусочков генома, которые можно было внести в базу, а затем соединить друг с другом в местах пересечений.

Разумеется, нужно было преодолеть и другие проблемы, например загрязнение тестовых образцов ДНК людей, животных и бактерий. Для их устранения группа Паабо использовала энзимы. Для того чтобы на образцы не попадала их собственная ДНК, члены группы работали в стерильных помещениях и принимали меры биологической защиты. В процессе секвенирования они выяснили, что один из нуклеотидов ДНК, цитозин, иногда распадается до урацила, который заменяет тимин в РНК. Затем задача усложнилась еще больше: оказалось, что иногда цитозин, эпигенетически помеченный метиловой группой, превращается не в урацил, а в тимин. Первое время это смущало ученых, но затем они поняли, что совершили важное открытие. В 2009 году один из членов команды, Эдриан Бриггз, разработал метод, позволяющий отличать тимин, полученный из метилированного цитозина, от обычного тимина. Теперь ученые могли считать первоначальную эпигенетическую программу генома. Постепенно группа Паабо совершенствовала техники извлечения ДНК и качество чтения полученного материала.

Их методы были взяты на вооружение другими лабораториями и применены к останкам мамонта, пещерного медведя и целаканта, а также окаменелым растениям. Паабо и его команда в это время занимались единственной и наиболее интересной задачей, которую они взяли на себя изначально, — извлечением генома родственника человека, неандертальца. Кажется, пришло время кратко поговорить про эволюционную историю человечества.

* * *

Чарльз Дарвин многие десятилетия вел дневник, в котором записывал свои мысли о происхождении новых видов от существующих. На одной из страниц этого дневника он нарисовал структуру, похожую на дерево. Существование такого дерева было впоследствии подтверждено биологическими исследованиями. Кроме того, этот паттерн прекрасно совпадает с линнеевской классификацией, предполагающей разделение всего живого на виды, роды, семьи и т. д. Эти дисциплины биологи называют филогенетикой и таксономией. Люди тоже включены в эту классификацию. Всего 70 тысяч лет назад на Земле обитали пять различных видов человека. Все они прямо или косвенно происходили от единого предка, известного как Homo erectus. Один из этих пяти видов являлся нашим общим предком. Его называют «ранним современным человеком», или, в линнеевской классификации, Homo sapiens. Вместе с сапиенсами и продолжавшими развиваться эректусами на нашей планете жили неандертальцы, или Homo neandarthalensis, заселившие значительную часть территории Евразии, так называемые хоббиты — Homo floresiensis, проживавшие на азиатском острове Флорес, а также загадочные недавно обнаруженные «денисовские люди», или Denisova hominis, населявшие некоторые регионы Азии. Все ветви эволюционного древа человека, развившиеся после нашего отделения от общего предка шимпанзе и людей, называются гомининами. Этот термин не следует путать с понятием «гоминиды», в которое входят не только все гоминины, но также современные и вымершие высшие приматы, включая шимпанзе, горилл и орангутанов.

Давайте начнем изучение эволюционного древа человека с нашего общего с другими гомининами предка Homo erectus, который появился в Африке примерно 2 миллиона лет назад. Команда археологов под руководством Ричарда Лики обнаружила практически целый череп Homo erectus в Кении и почти полный скелет подростка здесь же, на озере Туркана. Это был скелет мальчика, которому, как изначально считалось, в момент смерти было 12–13 лет (судя по росту в 5 футов 3 дюйма и развитию костей). Позднее его возраст был снижен до 8 лет, когда ученые подсчитали линии роста в его зубах. Этот факт заинтересовал антропологов, так как указывал на то, что детство у Homo erectus заканчивалось гораздо раньше, чем у современных детей.

Рост Homo erectus был равен росту современного человека, но сложение он имел более плотное. Эректусы умели сохранять огонь в очаге и создавали каменные орудия, принадлежащие к так называемой ашельской культуре. Среди них были прекрасно сделанные ручные топоры и ножи, для создания которых мастера должны были обладать достаточным воображением и навыками планирования. Такие инструменты позволяли Homo erectus убивать и разделывать животных. Некоторые свидетельства указывают на то, что Homo erectus ухаживали за слабыми и пожилыми сородичами. Череп Homo erectus имеет примитивные черты — тяжелые надбровные дуги, низкий и плоский свод, выступающую вперед нижнюю челюсть и плохо развитый подбородок. Объем мозга Homo erectus почти в два раза превышал объем мозга шимпанзе и составлял около 850 миллилитров (для сравнения, у современного человека он равен 1300 миллилитрам). Homo erectus не только эволюционировали в Африке, но и пытались мигрировать уже на ранних стадиях своей эволюции. Это была самая первая известная попытка гоминин заселить Евразию. Известны находки останков Homo erectus, включая черепа и челюсти, обнаруженные в Дманиси в Грузии. Они датируются периодом примерно 1,8 миллиона лет назад. Другие ископаемые свидетельства подтверждают, что Homo erectus колонизировали Азию около миллиона лет назад, а на Ближний Восток и в Южную Европу пришли 730 тысяч лет назад. В Африке вид продолжал развиваться и увеличивать объем своего мозга в течение долгого времени после того, как из него произошли четыре вида-потомка, включая наш. Существует две основные версии выхода современных людей на эволюционную сцену.